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加工大模数、大变位齿轮用双头滚刀刀片的设计与应用

文字:[大][中][小] 2015/10/10    浏览次数:1886    

  在滚齿加工中,增加滚刀头数可成倍提高工作台转速,大幅度提高加工效率,因此多头滚刀作为一种高效刀具已广泛应用于中、小模数齿轮的加工。但是,应用多头滚刀加工大模数齿轮时,随着滚刀头数的增加,包络工件每个齿面的刀齿数成比例地减少,使滚刀每个刀齿的切削负荷增大。为提高滚刀刚性,减小被切齿面棱度,滚刀的外径和孔径必须相应增大,滚刀齿数(容屑槽数)也需要增多。由于大模数齿轮的切削余量和切削深度较大(大变位齿轮尤其如此),在加工过程中易出现切削不平稳现象,加剧刀具磨损及烧伤,降低刀具耐用度,因此对加工机床、刀具、工装的刚性要求较高。由于以上原因,多头滚刀在大模数、大变位齿轮加工中的应用难度较大。为提高大模数、大变位齿轮的加工效率(尤其是粗滚齿效率),我们设计了大直径双头滚刀,经过工艺试验和批量生产,获得了良好的加工效果和经济效益。

  双头滚刀的设计被加工齿轮参数为:模数m=12mm,压力角a=20°,变位系数X=1. 3,齿数Z1=38;齿坯为锻件;在Y30100 滚齿机上进行加工。通过分析计算滚齿机和双头滚刀的加工能力,确定非标双头滚刀的设计参数为:外径De=200mm,孔径d=50mm,容屑槽数Z刀=10,分圆螺纹升角lf=8°22‘,直槽,0°前角,带圆弧头触角,齿厚留量DS=1.6mm,右旋。现将设计要点说明如下。
  滚齿机分度蜗杆的允许转速为[n蜗杆]≤500r/min。蜗杆转速n蜗杆与主轴转速(滚刀转速)n刀、滚刀头数k头和工件齿数Z1的关系式为蜗杆=99n刀k头将设计参数代入上式计算可得:n蜗杆=83. 3r/min<[n蜗杆]。
  滚齿机加工钢制工件时,滚刀的允许最大外径[De]max=220mm,粗滚加工的允许切削速度[v刀]=20~25m/min。切削速度计算公式为刀=pn刀为避免因切削速度过高而降低刀具耐用度,设计时采用允许切削速度的下限值。将选定的滚刀外径De=200mm 代入公式计算可得:v刀=20.1m/min,略高于[v刀]=20m/min。
  根据设计要求,滚刀头数与被切齿轮齿数之间应无公约数,以避免发生被切齿轮齿厚不一致现象。但如选用三头以上的滚刀,刀具螺旋升角较大,不利于加工,且该滚刀主要用于粗滚加工,对加工精度要求不是太高,应主要考虑加工效率,因此设计时仍选用双头滚刀。
  设计多头滚刀时,应加大滚刀外径,增加容屑槽数。当选用滚刀齿数Z刀=11时,刀齿厚度较选用Z刀=10时减小5.7mm,刀具耐用度降低较多;且作图校验发现砂轮铲磨时会发生干涉现象,加上考虑粗加工的因素,因此采用Z刀=10较为合理。
  采用正前角可提高滚刀齿形设计精度,改善切削条件,对于螺纹升角较大的大模数滚刀尤其如此。根据直槽正前角滚刀的设计方法,轴向齿形角计算公式为刀左、右侧前刃面齿形角计算公式为±式中:滚刀法向齿形角——滚刀分圆螺纹升角刀——滚刀容屑槽数——滚刀径向铲背量,K=pDetanae/Z刀——滚刀前刃面偏心位置,——滚刀分圆半径——滚刀分圆前角,——滚刀顶刃后角——滚刀顶刃半径——滚刀顶刃前角经计算,直槽正前角滚刀的轴向齿形角比直槽0°前角滚刀增大了48’。
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